Après cette période d’instabilité, liée aux vicissitudes de l’assemblée municipale et de sa maison commune, la décision de construire un hôtel de Ville prise en 1646, prévoyant l’aménagement d’une salle spécifique pour leur conservation, inaugure une longue période de stabilité pour les archives de la Ville. Le 14 novembre 1652, l’assemblée municipale tient sa première réunion dans son nouvel hôtel de Ville. Les archives sont conservées dans une pièce voûtée de l’aile nord, dont les murs sont équipés d’armoires sculptées, et fermée par une porte en bois blindée de métal, maintenant présentée dans le hall du bâtiment des Archives de Lyon. Dans la nuit du 13 septembre 1674, éclate un incendie qui ravage le bâtiment ; les archives ne sont pas touchées. La fin de l’Ancien Régime est une période propice : confection de reliures en cuir pour protéger les documents, nomination d’un archiviste attitré, début d’ouverture à la recherche historique. Marc Antoine Chappe réalise l’inventaire détaillé des archives de la ville de Lyon dont les 22 volumes sont conservés.

La Révolution constitue une coupure mais le travail des archivistes se poursuit. Le décret du 24 mars 1852 réunit dans les mains du préfet l’administration communale et départementale, la mairie est supprimée, les archives municipales perdent leur indépendance et sont réunies à celles du département. L’installation d’appartements préfectoraux dans l’Hôtel de Ville les conduit dans les combles où leur conservation sera beaucoup moins sûre ; la salle des archives est transformée en salle à manger. « Nos archives municipales et départementales, placées dans les combles de l’hôtel de Ville que traversent tant de cheminées sous lesquelles s’allument, certains jours de fêtes, tant de milliers de bougies et de centaines de lampes et dans lesquelles les eaux fluviales s’infiltrent de tous côtés. Ces dépôts sont exposés chaque jour aux plusieurs sérieux dangers ». Léopold Niepce, les archives de Lyon, 1875.
Déjà le 26 décembre 1825, un incendie avait détruit une partie des registres paroissiaux de Saint-Nizier et d’Ainay.

Les Archives municipales retrouvent leur indépendance en 1890 et restent dans les combles.